线性2自由度汽车模型是汽车操纵稳定性分析中最简单、最典型的模型。在汽车转向过程中,汽车的稳定性主要取决于侧向和横摆运动,但是也会伴随产生车身的侧倾运动,对汽车转向特性也具有一定影响。为了全面分析车辆的操纵稳定性,本期带来简化的3自由度车辆模型。
坐标系以整车质心铅垂线与侧倾轴线的交点为原点,以汽车的纵向水平轴线为x轴,y轴通过原点垂直于x轴且指向驾驶员左侧,z轴垂直向上。
模型中假设汽车关于x-z平面对称,整车质量由悬挂质量与非悬挂质量组成,假设侧倾轴向位置近似不变,忽略各种行驶阻力及非悬挂质量的侧倾效应,左、右车轮具有相同的转向输入以及轮胎侧偏特性,不考虑侧倾时车轮垂直载荷等因素的影响。下图为汽车3自由度车辆模型。
通过运动学与动力学分析,建立3自由度汽车微分方程,具体的公式这里不展开叙述,可以参考网上各种文献。整车模型参数如下所示:
下图为Matlab/Simulink中建立的3自由度汽车仿真模型。
Matlab代码设置为:
clear all
clc
u0=20; % 汽车前进速度
delf=5; % 前轮的转向角
delr=0; % 后轮的转向角
m=3021; % 整车质量
ms=2687; % 悬挂质量
hs=0.488; % 悬挂质量质心距离侧倾轴的距离
Iz=10437; % 汽车绕质心的横摆转动惯量
Ix=1960; % 汽车悬挂质量绕侧倾轴的转动惯量
Ixz=500; % 汽车悬挂质量绕侧倾轴与横摆轴的惯性积
Ef=-0.114; % 前悬挂的侧倾转向系数
Er=0; % 后悬挂的侧倾转向系数
a=1.84; % 汽车质心至前轴的距离
b=1.88; % 汽车质心至后轴的距离
k1=-23164; % 前轮胎的侧偏刚度
k2=-38345; % 后轮胎的侧偏刚度
Kphi=130000;% 侧倾刚度
Cphi=6000; % 侧倾阻尼
g=10;
clear all
clc
u0=20; % 汽车前进速度
delf=5; % 前轮的转向角
delr=0; % 后轮的转向角
m=3021; % 整车质量
ms=2687; % 悬挂质量
hs=0.488; % 悬挂质量质心距离侧倾轴的距离
Iz=10437; % 汽车绕质心的横摆转动惯量
Ix=1960; % 汽车悬挂质量绕侧倾轴的转动惯量
Ixz=500; % 汽车悬挂质量绕侧倾轴与横摆轴的惯性积
Ef=-0.114; % 前悬挂的侧倾转向系数
Er=0; % 后悬挂的侧倾转向系数
a=1.84; % 汽车质心至前轴的距离
b=1.88; % 汽车质心至后轴的距离
k1=-23164; % 前轮胎的侧偏刚度
k2=-38345; % 后轮胎的侧偏刚度
Kphi=130000;% 侧倾刚度
Cphi=6000; % 侧倾阻尼
g=10;